Що таке точки Лагранжа і чому вони важливі для космічних місій

Як працюють точки Лагранжа?

Точки Лагранжа, також відомі як точки лібрації або L-точки, являють собою місця в системі двох масивних тіл, де гравітаційні сили цих тіл і центробіжна сила врівноважуються. Концепцію вперше описав французький математик Жозеф Луї Лагранж у 1772 році під час розв'язання знаменитої "проблеми трьох тіл". Він теоретично обчислив, що гравітаційне поле Землі може нейтралізувати притягання Сонця в п'яти конкретних областях простору, пише 24 Канал.

Усі п'ять точок Лагранжа розташовані в площині обертання масивних тіл і позначаються латинською літерою L з числовими індексами від 1 до 5. Перші три точки знаходяться на одній лінії, що проходить через обидва масивні тіла, тому їх називають колінеарними. Точки L4 та L5 розміщені у вершинах рівносторонніх трикутників, основу яких становить вісь між двома основними тілами, і їх називають трикутними або троянськими точками.

Ключова особливість цих місць полягає в тому, що об'єкт з мізерною масою, розміщений у точці Лагранжа, не відчуває сумарної сили і може лишатися нерухомим відносно двох масивних тіл. Для системи Сонце-Земля такі точки створюють посилені зони притягання і відштовхування, де космічні апарати теоретично можуть перебувати необмежений час.​

Точки Лагранжа / Фото NASA

Чому точки Лагранжа критично важливі для космічних місій?

Точки Лагранжа надають унікальні можливості для космічних досліджень, оскільки дозволяють суттєво зменшити витрати палива на підтримку позиції апарата. Якщо апарат наблизиться більше до Сонця, зоря почне його притягувати і операторам доведеться вмикати двигуни супутника, щоб вивести його назад. Якщо підлетить ближче до Землі, тяжіння планети візьме гору й переможе гравітацію Сонця.

• Найбільший інтерес для науковців представляють точки L4 і L5, які є єдиними стабільними областями серед усіх п'яти. Об'єкт, що потрапив до цих точок, може залишатися там мільярди років без додаткових коригувань орбіти.
• Точка L2 особливо придатна для астрономічних спостережень, адже космічний апарат у ній перебуває достатньо близько до Землі для надійного зв'язку, може утримувати Сонце, Землю та Місяць позаду себе для безперебійного отримання сонячної енергії, а також має чистий огляд далекого космосу. Саме тому в точці L2 системи Сонце-Земля розміщені або планується розмістити найпотужніші космічні телескопи сучасності.

Проте точки L1 і L2 є нестабільними, що вимагає регулярного коригування курсу космічних апаратів приблизно кожні 23 дні. Зміни орбіт масивних тіл через кілька місяців призводять до зміщення області відсутності гравітації, тому космічному тілу доводиться здійснювати різні маневри для збереження позиції.

Попри це обмеження, використання точок Лагранжа лишається найефективнішим способом розміщення наукових інструментів для довготривалих досліджень космосу з мінімальними енергетичними витратами.